## JSTI

## JurnalSistem Teknik Industri
*Corresponding author at: Universitas Sumatera Utara, Medan, 20155, Indonesia
E-mail address: terang1@usu.ac.id Copyright © 2020 Published by Talenta Publisher, ISSN: 1411-5247 e-ISSN: 2527-9408 Journal Homepage: http://talenta.usu.ac.id/jsti
Performansi Alat Penukar Kalor Udara-Tanah Menggunakan Siklus Tertutup di Kota Medan
Terang UHS Ginting Manik a* , Tulus Burhanuddin Sitorus a , Andi Syahputra a a Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Abstract. Efforts to find alternative renewable energy sources lately are increasingly being intensified as increasing human demand for energy consumption is increasingly high. Air- Ground  Heat  Exchanger  (EAHE)  is  one  solution  that  can  be  developed  by  utilizing  the energy  stored  in  the  soil.  This  research  was  conducted  to  determine  the  effect  of  EAHE performance on the decrease in air temperature that enters the test chamber as well as the exit,  the  Number  of  Transfer  Unit  and  also  the  Coefficient  of  Performance  value  in  the underground planting pipe. The results show that EAHE which is used as a passive cooling room can provide a pretty good performance by decreasing the temperature in the test room which reaches 3-6 o C. The average NTU on June 18, 2019 was obtained at 1.238, and the highest was 1.254 with airspeed of 2 m/s. Meanwhile, on June 19, 2019, the highest NTU value was obtained at 1.134 and the average was 1.129 with an air speed of 3 m/s. When the air speed is 2 m/s, the COP value average was obtained at 0,258. When the air velocity is 3 m/s, the COP value average was obtained at 0,197.
Keywords: Earth-Air Heat Exchanger (EAHE); Number of Transfer Unit (NTU); Coefficient of Performance (COP)
Abstrak. Upaya  menemukan sumber energi  alternatif terbarukan akhir-akhir  ini  semakin gencar  dilakukan  seiring  meningkatnya  kebutuhan  manusia  akan  konsumsi  energi  yang semakin  tinggi.  Penukar  Kalor  Udara-Tanah  atau  Earth-Air  Heat  Exchanger  (EAHE) merupakan salah satu solusi yang dapat dikembangkan dengan memanfaatkan energi yang tersimpan dalam tanah. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kinerja EAHE terhadap penurunan suhu udara yang masuk ke dalam ruangan uji maupun yang keluar, nilai Number of Transfer Unit dan juga nilai Coefficient of Performance pada pipa tanam bawah tanah.  Hasil  eksperimen  menunjukkan  bahwa  EAHE  yang  digunakan  sebagai  pendingin pasif  ruangan  dapat  memberikan  kinerja  yang  cukup  baik  dengan  penurunan  suhu  di ruangan  uji  yang  mencapai  3–6 o C.  NTU  rata-rata  pada  tanggal  18  Juni  2019  diperoleh sebesar 1.238, dan tertinggi sebesar  1.254 dengan kecepatan udara 2  m/s. Sementara itu, pada tanggal 19 Juni 2019, di peroleh nilai NTU tertinggi sebesar 1.134 dan rata-rata sebesar 1.129  dengan  kecepatan  udara  3  m/s.  Saat  kecepatan  udara  2  m/s,  nilai  COP  rata-rata didapatkan 0,258. Ketika kecepatan udara 3 m/s, nilai COP rata-rata didapatkan 0,197 .
Kata Kunci: Penukar Kalor Udara-Tanah (Earth-Air Heat Exchanger (EAHE)); Number of Transfer Unit (NTU); Coefficient of Performance (COP)
Received 10 Januari  2020 | Revised 25 Januari 2020 | Accepted 25 Januari 2020

## 1. Pendahuluan
Manusia selalu membutuhkan kondisi lingkungan yang nyaman dalam sebuah bangunan .Namun, energi sangat dibutuhakan untuk menjaga kondisi lingkungan dalam bangunan yang nyaman.Saat ini, konsumsi energy untuk bangunan mencapai 25-40% dari total konsumsi energy dunia, dimana sebagian besar energy dihabiskan untuk memanaskan ataupun mengkondisikan udara dan berasal dari bahan bakar fosil seperti batubara, minyak dan gas bumi. Kebutuhan untuk pengembangan yang  berkelanjutan  mendorong  manusia  untuk  mencari  alternatif,  energi  terbarukan  untuk mengkondisikan lingkungan dalam sebuah bangunan [1].
Akibat meningkatnya kebutuhan manusia akan udara yang nyaman, meningkatnya harga energy dan masalah lingkungan orang berlomba-lomba untuk menemukan sebuah system berbasis energy terbarukan  yang  mampu  menjawab  semua  tantangan  tersebut.  Salah  satu  solusi  yang  dapat dikembangkan adalah memanfaatkan energi yang tersimpan  dalam  tanah  ( earth  energy) .Energi ini  dapat  dimanfaatkan  sebagai  ventilasi  maupun  sistem  pengkondisian  udara  dengan menggunakan  alat  yang  disebut  penukar  kalor  antara  udara-tanah  atau EAHE  (Earth-Air  Heat Exchanger ) [1].
Tanah  menerima  radiasi  surya  melalu  permukaannya  dan  berperan  sebagai  sebuah  reservoir energy  surya  yang  besar.  Karena  inersia  panas  dari  tanah,  fluktuasi  dari  amplitude  temperatur tanah meningkat  secara eksponensial seiring  dengan pertambahan kedalaman. Karena itu, pada kedalaman  yang  cukup,  tanah  tidak  sedingin  udara  luar  pada  musim  dingin  dan  tidak  sepanas udara  luar  pada  musim  panas.Hal  ini  merupakan  sebuah  kesempatan  yang  menjanjikan  untuk menggunakan energi geothermal pada pendinginan ataupun pemanasan pasif pada kondisi udara dalam bangunan.
Sebuah  alat  penukar  kalor  dara  tanah  terdiri  dari  satu  atau  lebih  pipa  yang  diletakkan  dibawah tanah untuk mensuplai pengkondisian udara pada bangunan.Fenoma yang terjadi cukup sederhana dan  bergantung  padaperbedaan  temperature  antara  tanah  dengan  udara  lingkungan.  Udara lingkungan  dialirkan  kedalam  pipa  yang  ditanam  di  bawah  tanah  menggunakan  blower  dan mengalami  perpindahan  panas  langsung  dengan  tanah  dan  udara  tersebut  bersirkulasi  di dalam ruangan uji. Upaya pengembangan metode sistem perpindahan panas pada lapisan tanah ini selain untuk pendinginan ruangan yang berbiaya murah juga diharapkan dapat memperbaiki lingkungan dengan  mengurangi  kadar CFC  (Chloro-Fluoro-Carbon) dalam  udara  yang  banyak  digunakan mesin-mesin  pendingin  ruangan  seperti  AC (air  conditioner). Penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui nilai NTU dan ε dari EAHE, termasuk pengaruh kinerja EAHE terhadap penurunan suhu udara masuk serta untuk mengetahui suhu udara yang masuk ke dalam ruangan uji ( Tout- EAHE ).
Sebagai  tambahan,  penelitian  ini  juga  dilakukan  untuk  mengetahui  nilai COP ( Coefisient  of
Performance ) pada pipa tanam bawah tanah. Melalui penelitian ini, hasil yang akan dicapai adalah membuat pendingin ruangan alami yang dapat dimaksimakan dengan energi terbarukan, diketahui suhu  ruangan  optimal  dan  besar  penurunan  temperatur  yang  diperoleh  dari  alat  penukar  kalor udara tanah.
Dalam analisis alat penukar kalor, dikenal koefisien perpindahan panas menyeluruh ( Overall Heat Transfer  Coefficient )  yang  memperhitungkan  semua  efek  yang  terjadi  pada  perpindahan  panas [4].  Besarnya  laju  perpindahan  panas  ini  bisa  berbeda-beda  pada  sepanjang  titik  alat  penukar kalor.  Dalam  analisa  alat  penukar  kalor,  metode  yang  paling  mudah  digunakan  adalah  metode LMTD ( Log  Mean  Temperature  Difference )  yang  berarti  nilai  tengah  perbedaan  temperatur  di sepanjang  alat  penukar  kalor,  Namun,  bila  temperatur  pada  sisi  keluar  alat  penukar  kalor  tidak diketahui, untuk menganalisa alat penukar kalor digunakan metode keefektifan – NTU [3].
Alat penukar kalor bawah tanah atau sering disebut EAHE merupakan alat penukar kalor dengan pengaplikasian satu pipa atau lebih yang dipendamkan di dalam tanah dengan kedalaman tertentu. Pipa  yang  digunakan  adalah  pipa  dari  bahan PVC ( polyvnyl  chloride ), HDPE ( high  density polyrthylene ) maupun pipa galvanis. Dalam melakukan siklus alat penukar kalor, Earth Air Heat Exchanger memiliki  2  macam  siklus  kerja  yang  berbeda.  Perbedaan  siklus  tersebut  adalah keluaran  udara  akhir,  apakah  akan  dialirkan  kembali  masuk  kedalam  EAHE  atau  dilepaskan keudara. Siklus tersebut terbagi atas siklus terbuka ( Open Loop ) dan siklus tertutup ( Close Loop ) [1].
Penggunaan tanah sebagai media perpindahan panas juga sangat berpengaruh, dalam menerapkan EAHE . Penggungaan tanah basah tentunya akan lebih baik dalam menghantarkan panas daripada tanah  kering.  Dalam  penerapan  EAHE  dengan  konveksi  paksa  (adanya  penambahan  blower) udara keluar akan sangat bergantung dari kecepatan blower itu sendiri. Sebaliknya. apabila dengan menerapkan konveksi alamiah (tanpa blower) maka udara yang dihantarkan akan memanfaatkan perbedaan tekanan dari input dan output Alat Penukar Kalor Udara Tanah itu  sendiri. Material pipa yang digunakan sebagai media penhantar juga perlu diperhatikan. Penggunaan pipa dengan nilai konduktivitas yang sesuai dengan konduktivitas tanah akan sangat mendukung performansi dari  Alat  Penukar  Kalor  Udara  Tanah..  Selain  itu  juga,  kedalaman  tanah  juga  menjadi  faktor pendukung,  karena  semakin  dalam  pipa  EAHE  ditempatkan  maka  gradien  temperautr  akan meningkat.  Untuk  pengaplikasiannya  kedalaman  2  m  hingga  3  m  sudah  sangat  baik  untuk meningkatkan gradien suhu yang tinggi [1].
Pada penelitian ini, tipe aliran yang digunakan adalah single stream . Besarnya nilai perpindahan panas dari alat penukar kalor udara-tanah dapat ditentukan dari persamaan [4]:
Qh = ṁCp(𝑇𝑜𝑢𝑡 − 𝑇𝑖𝑛)
(1)
di mana Cp adalah nilai panas spesifik dari udara (J/kg-k), ṁ adalah laju aliran massa (kg/s) dan Tout adalah temperatur sisi keluar pipa, Tin adalah temperatur sisi masuk pipa. Sedangkan untuk menentukan besar konveksi aliran pada udara dengan dinding pipa dapat digunakan persamaan (1), dengan perbedaan pada Δ T yang digunakan adalah perbedaan temperatur rata-rata Δ T lm yaitu [5] :
∆𝑇 = 𝑇 𝑖𝑛 −𝑇 𝑜𝑢𝑡
ln⁡[ 𝑇𝑖𝑛−𝑇𝑤𝑎𝑙𝑙 𝑇𝑜𝑢𝑡−𝑇𝑤𝑎𝑙𝑙 ] (2)
di mana :
Twall  = suhu tanah (Tsoil)
Untuk resistansi termal pipa dapat digunakan dengan persamaan [6] :
𝑅 𝑠𝑜𝑖𝑙 = 1 𝐾 𝑝𝑖𝑝𝑒 2𝜋𝐿 ln⁡(𝑟 𝑒 /𝑟 𝑖 ) (3)
Kpipe = konduktivitas termal  PVC (0,52 W/mK) re = jari-jari bagian luar pipa (m)
Sementara nilai resistansi termal untuk tanah ditentukan dengan persamaan :
𝑅 𝑠𝑜𝑖𝑙 = 1 𝐾 𝑝𝑖𝑝𝑒 2𝜋𝐿 ln⁡(𝑅(𝑧, 𝑥)|𝑟 𝑒 ) (4)
dimana :
Ksoil  = konduktivitas termal tanah (0,16 W/mK)
R (z,x)  = kedalaman tanah (m)
Dan nilai resistansi termal antara dinding bagian dalam pipa dengan udara ditentukan melalui persamaan :
𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑣 = 1 ℎ𝐴 𝑖 (5)
Sehingga untuk menghitung konduktivitas termal untuk sebuah alat penukar kalor Alat Penukar Kalor Udara Tanah dapat digunakan [6] :
𝑈 = 1 (𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑣 +𝑅 𝑝𝑖𝑝𝑒 +𝑅 𝑠𝑜𝑖𝑙 ) (6)
di mana:
Rconv : Tahanan konveksi
Rpipe : Tahanan Pipa
Rsoil :Tahanan Tanah
Dalam model ini, Rtot terdiri dari resistansi konveksi di dalam pipa ( Rconv ), resistansi konduksi
dinding pipa ( Rpipe ), dan resistansi konduksi tanah (Rsoil) . Denga demikian Rtot disajikan dengan persamaan [6] :
𝑅 𝑡𝑜𝑡 = (𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑣 + 𝑅 𝑝𝑖𝑝𝑒 +𝑅 𝑠𝑜𝑖𝑙 ) (7)
Jika dimensi pipa memiliki panjang yang tak terhingga (A = ∞), maka udara akan didinginkan serupa  dengan  temperatur  dinding  dalam  pipa.  Maka  nilai  dari  NTU  alat  penukar  kalor  udara- tanah dapat ditentukan dari persamaan [7]:
⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝑁𝑇𝑈 = 𝑈𝐴 ṁCp (8)
dimana ṁ adalah laju aliran massa (kg/s), U adalah koefisien perpindahan panas (Wm 2/ K), dan cp adalah nilai panas spesifik dari udara (J/kg-k). Nilai efektivitas alat penukar kalor udara- tanah teoritis didapat dari korelasi [7]:
⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝜀 = 1 − 𝑒 −𝑁𝑇𝑈 (9) Untuk  menentukan efektivitas alat
penukar kalor hasil eksperimental diperoleh dari persamaan [7]:
⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡𝜀 = 𝑇 𝑖𝑛 −𝑇 𝑜𝑢𝑡 𝑇 𝑖𝑛 −𝑇 𝑠𝑜𝑖𝑙 = 1 − 𝑒 −(ℎ𝐴/ṁCp) (10)
dengan  mensubstitusikan  nilai  untuk  temperatur  udara  masuk  dan  temperatur  udara  keluar eksperimental  serta  temperatur  tanah.  Nilai  dari  koefisien  performansi  dari  alat  penukar  kalor udara-tanah dapat ditentukan dari persamaan [9]:
𝐶𝑂𝑃 = 𝑄 𝑐 𝑃 𝑓 (11)
di mana Pf adalah energi yang diperlukan untuk menggerakkan blower pada penukar panas udara- tanah. Besarnya kapasitas pendinginan yang terjadi diperoleh dari persamaan:
Qc = ṁCp(𝑇 𝑖𝑛 − 𝑇 𝑜𝑢𝑡 ) (12)

## 2. Material dan Metode Penelitian
Alat  penukar  kalor  udara-tanah  yang  dirakit  menggunakan  pipa  PVC  dengan  diameter 10,16  mm  dan  ketebalan  3  mm.  Untuk  mensirkulasikan  udara  digunakan blower yang  diatur putarannya menggunakan inverter. Termokopel tipe K dengan akurasi  0.1oC diletakkan pada sisi masuk dan sisi keluar serta pada beberapa titik sepanjang alat penukar kalor. Disamping itu termokopel diletakkan juga pada kedalaman 2 m di bawah permukaan tanah. Objek penelitian adalah  udara  lingkungan  yang  disirkulasikan  ke  dalam  alat  penukar  kalor  udara-tanah  untuk
didinginkan.
Tabel 1 Spesifikasi alat penukar kalor udara-tanah No Data Keterangan 1 Diameter pipa EAHE d = 0,1016 m 2 Panjang pipa EAHE L = 26,5 m 3 Kedalaman tanah Z = 2 m 4 Media yang didinginkan  Udara 5 Jumlah blower 1 buah @ 2850 rpm
Diagram alur penelitian dari proses pengambilan data hingga perhitungan nanti dapat dilihat pada Gambar  1.  Secara  garis  besar  dimulai  dari  Identifikasi  masalah  dan  tujuan  dari  penelitian, pengumpulan  data  dari  data  lingkungan,  radiasi  matahari  dan  profil  dari  PVC  yang digunakan.Selanjutnya  akan  dimulai  proses  pengumpulan  data-data  yang  diperlukan  dalam perhitungan  dan  analisis  serta  akan  berakhir  diperbandingan  apakah  system Earth  Air  Heat Exchanger dapat bekerja maksimal sesuai dengan potensi yang diharapkan. Berikut dapat dilihat diagram alir dari penelitian yang dilakukan.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian
Proses  pengujian  dilakukan  mulai  dari  pukul  10.00  WIB  pagi  dimana blower mulai mensirkulasikan udara ke dalam alat penukar kalor udara-tanah. Data akuisisi yang terhubung ke termokopel  merekam  temperatur  pada  sisi    masuk  dan  sisi  keluar  sepanjang  pipa  alat  penukar kalor  udara-tanah  serta  temperatur  tanah  setiap  menit . Untuk  menghasilkan  kecepatan  udara masuk yang sesuai digunakan inverter motor listrik tiga fasa. Proses pengujian diakhiri pada pukul 18.00 WIB. Kemudian pengujian dilakukan keesokan harinya dengan prosedur yang sama. Tabel 1 menampilkan spesifikasi dari sistem alat penukar kalor udara-tanah yang diuji.
Mulai Identifikasi Masalah dan Tujuan Penelitian Studi Literatur Persiapan Alat dan Bahan Pengumpulan Data : Dimensi Pipa Melakukan Proses Pengujian Pengambilan Data : Tin - Tout EAHE dan Kecepatan Udara Masuk Pengolahan Data Apakah Hasilnya Baik? Kesimpulan Selesai Tidak Ya
(a)
(b)
Gambar 2. (a) Lokasi dan (b) alat penukar kalor udara-tanah yang dirakit
Gambar  1  di  atas  menampilkan  lokasi  dan  alat  penukar  kalor  udara-tanah  yang  dirakit. Sementara itu, Gambar 2 menunjukkan skema eksperimental saat pengujian. Udara dialirkan ke dalam pipa menggunakan blower dengan kecepatan aliran udara masuk 2 m/s dan 3 m/s. Blower dihubungkan dengan inverter sehingga dapat diatur frekuensi putaran blower untuk menghasilkan kecepatan aliran udara yang diinginkan. Untuk mengetahui kecepatan udara yang dihasilkan maka digunakan alat ukur anemometer.

## Gambar 3. Skema eksperimental
Adapun  Tujuan  dari  dilakukannya  penelitian  ini  yaitu  untuk  mengetahui  pengaruh kinerja EAHE terhadap  penurunan  suhu  udara  masuk  ( T in-EAHE ) dengan  menghitung  nilai  dari NTU dan COP yang dihasilkan oleh EAHE.

## 3. Hasil dan Diskusi
Gambar 3 menampilkan kondisi temperatur keluaran udara teoritis untuk kecepatan udara 2 m/s pada  pengujian  pada  tanggal  18  Juni  2019.  Diperoleh  temperatur  masukan  rata-rata  sebesar 35.25 o C dan temperatur keluaran rata-rata sebesar 33.36 o C. Berdasarkan data hasil pengukuran
diperoleh bahwa alat penukar kalor udara-tanah mampu menurunkan temperatur udara rata-rata sebesar 1.89 o C.
Gambar 3. Kondisi temperatur yang diamati pada 18 Juni 2019
Sementara itu, Gambar 4 menampilkan temperatur keluaran teoritis untuk kecepatan udara 3 m/s yang dilakukan pada pengujian pada tanggal 19 Juni 2019. Diperoleh temperatur masukan rata-rata sebesar 31.03 o C dan temperatur keluaran rata-rata sebesar 29.62 o C. Berdasarkan data hasil  pengukuran  diperoleh  bahwa  alat  penukar  kalor  udara-tanah  mampu  menurunkan temperatur udara rata-rata sebesar 1.41 o C.
Gambar 4. Kondisi Temeratur yang diamati 19 Juni 2019
Setelah dilakukan perhitungan data eksperimental berdasarkan data yang didapat pada tanggal 18 Juni 2019, maka diperoleh kondisi temperatur masuk dan keluar terlihat pada Gambar 5, sebagai berikut:
25 30 35 40 Te m per at ur Waktu T soil Tout Tin 25 27 29 31 33 Temper at u r Waktu T soil
Tout Tin
Gambar 5. Kondisi temperatur masuk dan temperatur keluar Tanggal 18 Juni 2019
Gambar  5  menunjukkan  besar  penurunan  suhu  yang  terjadi  selama  pengujian  pada  tanggal  18 Juni 2019. Suhu maksimal masuk ke dalam EAHE (T in-EAHE ) sebesar 38.46 o C dan suhu terendah masuk ke dalam EAHE sebesar 34.14 o C. Suhu keluar EAHE (T out-EAHE ) maksimal sebesar 32.23 o C dan  suhu  terendah  keluar  EAHE  sebesar  34.48 o C. Penurunan  suhu  yang  dapat  dikerjakan  oleh Earth  Air  Heat  Exchanger rata-rata  sebesar  2-4 o C.  Hal  yang  paling  berpengaruh  selama pengujian adalah kecepatan udara yang masuk kedalam EAHE. Kecepatan udara rata-rata berada pada kecepatan 2 m/s dengan aliran massa yang dihasilkan sebesar 0,0185 kg/s.
Gambar 6 Kondisi temperatur masuk dan temperatur keluar Tanggal 19 Juni 2019
Gambar  6  menunjukkan  perhitungan  data  eksperimental  berdasarkan  data  pada  19  Juni  2019. Dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan suhu yang masuk dan keluar dengan rata – rata perbedaan suhu 2 o C dengan suhu pada ruangan lebih rendah dari suhu lingkungan sekitar ruangan.

## 3.1. Koefisien Performansi
Dari data eksperimen dan hasil pengujian  maka diperoleh nilai COP alat penukar kalor udara- tanah seperti tampak pada Tabel 2:
25 30 35 40 Temper at u r Waktu Tout Tin 25 27 29 31 33 Temper at u r Waktu Tout Tin
V in (m/s) Kondisi COP 2 Maksimum 0,707 Rata-rata 0,258 3 Maksimum 0,251 Rata-Rata 0,197
Gambar 7 Hasil COP pengukuran dan COP teoritis Tanggal 18 Juni 2019
Gambar 8 Hasil COP pengukuran dan COP teoritis Tanggal 19 Juni 2019
Dari Gambar 7 dan 8 dan Tabel 1 dapat dilihat bahwa dengan kecepatan udara masuk ( V udara ) 2 m/s, nilai COP alat penukar kalor yang didapat adalah 0,707 dengan rata-rata COP adalah 0,258. Nilai maksimum COP didapat dengan kecepatan udara masuk 3 m/s sebesar 0,251 dengan rata- rata 0,197.

## 3.2. Number of Transfer Unit
Yang diperoleh dari hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 3.
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 1 2 :0 0 1 2 :1 0 1 2 :2 0 12 :3 0 1 2 :4 0 1 2 :5 0 1 3 :0 0 1 3 :1 0 1 3 :2 0 1 3 :3 0 13 :4 0 1 3 :5 0 1 4 :0 0 1 4 :1 0 1 4 :2 0 1 4 :3 0 1 4 :4 0 14 :5 0 1 5 :0 0 1 5 :1 0 1 5 :2 0 1 5 :3 0 1 5 :4 0 1 5 :5 0 1 6 :0 0 Grafik COP pengukuran dan COP teoritis COP pengukuran COP teoritis 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1 2 :0 0 1 2 :1 0 1 2 :2 0 1 2 :3 0 1 2 :4 0
12 :5 0 1 3 :0 0 1 3 :1 0 1 3 :2 0 1 3 :3 0
13 :4 0 1 3 :5 0 1 4 :0 0 1 4 :1 0 1 4 :2 0 1 4 :3 0 1 4 :4 0 1 4 :5 0 15 :0 0 1 5 :1 0 1 5 :2 0 1 5 :3 0 1 5 :4 0 1 5 :5 0 1 6 :0 0

## Grafik COP pengukuran dan COP teoritis
COP pengukuran COP teoritis
Tabel 3 Nilai NTU EAHE V in (m/s) Kondisi NTU 2 Maksimum 1,254 Rata-rata 1,238 3 Maksimum 1,134 Rata-Rata 1,129
Berdasarkan nilai NTU yang diperoleh maka dapat ditentukan nilai efektifitas dari EAHE seperti tampak pada Tabel 4:
Tabel 4 Nilai Efektivitas EAHE V in (m/s) T in-EAHE ( O C) Ɛ 2 34.76 0.50585 3 35.27 0.48812
Gambar 9 Hasil perhitungan NTU Tanggal 18 Juni, 19 Juni dan 20 Juni
Gambar 9 menunjukkan perhitungan data NTU berdasarkan hasil pengambilan data pada tanggal 18 Juni 2019 sampai 20 Juni 2019. Dari Gambar grafik diatas dapat dilihat bahwa nilai NTU pada tanggal 18 Juni 2019 dengan kecepatan 2 m/s lebih tinggi dari nilai NTU pada tanggal 20 Juni 2019 dengan kecepatan 3 m/s.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  pengujian, Air  Heat  Exchanger yang  digunakan  sebagai  pendingin  pasif ruangan  dapat  memberikan  kinerja  yang  cukup  baik.  Penurunan  suhu  di  ruangan  uji  dapat mencapai 3 – 6 oC . Pada pengujian tanggal 18 Juni 2019, NTU ( Number of Transfer Unit ) rata- rata  diperoleh  sebesar  1,238  dan  tertinggi  sebesar  1,254  dengan  kecepatan  udara  2  m/s.  Pada tanggal  19  Juni  2019  diperoleh  nilai NTU rata-rata  sebesar  1,129  dan  tertinggi  sebesar  1,134 dengan kecepatan udara 3 m/s. Semakin tinggi kecepatan udara yang masuk untuk bersirkulasi di
1.050 1.100 1.150 1.200 1.250 1.300 1 2 :0 0 1 2 :1 0 1 2 :2 0 1 2 :3 0 1 2 :4 0 1 2 :5 0 1 3 :0 0 1 3 :1 0 1 3 :2 0
13 :3 0 1 3 :4 0 1 3 :5 0 1 4 :0 0
14 :1 0 1 4 :2 0 1 4 :3 0 1 4 :4 0 1 4 :5 0 1 5 :0 0 1 5 :1 0 1 5 :2 0 1 5 :3 0 1 5 :4 0 1 5 :5 0 1 6 :0 0 Grafik NTU NTU 18 Juni NTU 19 Juni NTU 20 Juni
dalam Earth Air Heat Exchanger maka semakin kecil nilai NTU yang diperoleh. Dalam sistem penukar  kalor  tanah  udara  ini  ,  nilai  COP  akan  turun  karena  dipengaruhi  oleh  nilai  NTU  yang semakin menurun. Saat kecepatan udara 2 m/s nilai NTU rata-rata  1,238 sehingga nilai COP rata- rata  0,258.  Ketika  kecepatan  udara  3  m/s  nilai  NTU  rata-rata  1,129  maka  nilai  COP  rata-rata 0,197. Hal ini terjadi akibat semakin rendahnya temperatur udara masuk pada alat penukar kalor udara-tanah. Yang menyebabkan , kapasitas kalor spesifik juga akan semakin kecil. Kondisi ini akan berpengaruh pada turunnya nilai kapasitas pendingin dari alat penukar kalor tersebut.

## 5. Saran
1. Pada proses perancangan Earth Air Heat Exchanger hendaknya EAHE jangan terlalu jauh dari  ruangan  uji  pendinginan  agar  mengurangi  naiknya  temperatur  akibat  jalur  untuk bersirkulasi.
2. Diperlukannya  penambahan collector untuk  menambah  kinerja  dari  sistem  yang dirancang.
3. Pengujian  hendaknya  dilakukan  dengan  kondisi  cuaca  yang  cukup  cerah  untuk mendapatkan kinerja Earth Air Heat Exchanger yang optimal.
4. Pada Penelitian selanjutnya dapat ditambahkan beban ruangan seperti orang dan lampu untuk mendapatkan hasil penelitian yang lebih baik.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Universitas Sumatera Utara atas bantuan dana yang diberikan melalui proyek penelitian TALENTA tahun 2019.

## Daftar Pustaka
[1]  Belatrache D.  “Numerical Analysis of Earth Air Heat Exchanger at Operating Conditions in Arid  Climates.2016
[2] International Journal of Hydrogen Energy. 30. 1-7.
[3]   Bulut H  “Experimental Analysis of An Earth Tube Ventilation System Under Hot and Dry Climatic Conditions. Proceedings of the 12nd National Sanitary Engineering Congress . vol 2. 1789-1804.2014
[4]   Ben  J.  D    “Investigation  of  The  Ground  Thermal  Potential  in  Tunisia  Focused  Towards Heating and Cooling Applications. Aplied Thermal Engineering . vol. 30. 10991-1100.2010
[5]  Sitorus T. B.  IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 309, 012089, 2018.
[6]  Incropera F.P  “ Introduction to Heat Transfer . Edisi ke 7, John Wiley & Sons. New York.
(2011)
[7]  Bisiniya T.S  “Design of Earth-Air Heat Exchanger System. Geothermal Energy. vol 3. 18- 28.
[8]   Pfafferott J. (2003) “Evaluation of Earth to Air Heat Exchanger With A Standarised Method to Calculate Energy Efficiency. Energy and Buildings . Vol 35. 971-983. (2015)
[9]  Vaz  J.  “An  Experimental  Study  on  The  Use  of  Earth-Air  Heat  Exchanger.  Energy  and Buildings. Energy and Buildings. vol 72. 122-131. (2014)
[10] Yang D., et al., “Evaluation of The Termal Performance of An Earth to Air Heat Exchanger in a Harmonic Thermal Environtment. Energy Conversion and Management . Vol 109. 184-
194. (2015)
[11]  Been  Jmaa  Derbel  H,  Kanoum  O.  Investigation  of  the  ground  themal  potential  in  Tunisia focused toward heating and cooling applications. Aplied Thermal Engineering.2010.
[12]  Akhyar  Wahyu  Rokhadi Pengujian  Karakteristik  Perpindahan  Panas  dan  Penurunan Tekanan dari Sirip-Sirip Pin Ellips Susunan Selang-Seling dalam Saluran Segiempat. 2010 [13]  T  Budhyastoro,  Sidik  Haddy  Tala’ohu,  dan  Robert  L  Watung.  0000. Pengukuran  Suhu Tanah. Hal. 261-262
[14]    Hendrico. Rancang Bangun Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat. Hal.5. 2015
[15]  Girja  Sharan,Ratan  Jadhad. Performence  Of  Single  Pass  eart-  Tube  Heat  Exchanger:An Experimental Study